Энергосберегающие технологии Системы теплоснабжения Региональный опыт энергосбережения Повышение энергоэффективности теплосетей Развитие нетрадиционной энергетики

Перспективы применения тепловых насосов

В системах теплоснабжения многих стран широкое распространение получили парокомпрессионные тепловые насосы (ТН) мощностью до 0,5 МВт с поршневыми компрессорами. Производятся также винтовые ТН установленной тепловой мощностью до 9 МВт и турбокомпрессорные – выше 9 МВт. В настоящее время в мире в системах теплоснабжения эксплуатируется более 18 млн крупных ТН. В наибольших масштабах они применяются в Швеции, где общая установленная тепловая мощность ТН превысила 1200 МВт, а самый крупный из них имеет мощность 320 МВт.

В России общая установленная тепловая мощность ТН составляет всего 65 МВт. За последние 10 лет государственная система разработки, строительства и эксплуатации теплонасосных установок практически прекратила существование. В СССР была система нормативных документов, разработки, изготовления ТН, проектирования теплонасосных установок (ТНУ) в системах теплоснабжения.

Разработкой ТН занимался ВНИИхолодмаш (Москва). Тепловые насосы выпускали ПО "Мелитопольмаш" (45-65 кВт), экспериментальный завод ВНИИхолодмаша (80 кВт), Читинский' машиностроительный завод (100 кВт), Московский завод "Компрессор" (300, 500 кВт), НПО "Казанькомпрессормаш" (1,0, 2,5, 8,5, 11,5 МВт).

В этих ТН была использована конструкция холодильных машин, что обусловливало их малый ресурс, так как соотношение давлений нагнетания и всасывания компрессоров ТН в 3 раза больше. Разработкой проектов установки ТН занимался ВНИПИэнерго-пром, Крымским филиалом которого было разработано 26 проектов с 117 ТН общей тепловой мощностью 165 МВт. Успешно эксплуатировались десятки систем теплоснабжения с ТН. Так, в Ялте работала теплонасосная система теплоснабжения с использованием теплоты морской воды мощностью 2,5 МВт.

На Светлогорском целлюлозно-бумажном комбинате Ленинградской области эксплуатировалась ТНУ тепловой  мощностью 18 МВт.

Перспективы применения ТН в российских системах теплоснабжения определяются их экономической и технологической востребованностью. Распространенная оценка эффективности ТН – по коэффициенту преобразования (отношению количества тепловой энергии на выходе ТН к количеству электрической энергии на его привод).

По такой оценке для получения 100 Вт тепловой мощности на выходе ТН необходимо в среднем затратить 30 кВт электрической мощности. Как показано, такое сопоставление  необъективно. При работе ТН с электроприводом с учетом фактического КПД генерирования электроэнергии и ее потерь для получения на выходе из ТНУ 100 кВт тепловой мощности необходимо затратить 170 кВт (с учетом топливного эквивалента). 

При работе ТН с приводом от двигателя внутреннего сгорания (турбины) для получения на выходе ТН той же мощности (100 кВт) требуется только 88 кВт энергии первичного органического топлива.

Таблица 9.5

Производитель

Марка

Типоряд расчетной теплопроизводительности, кВт

Расчетная температура для теплоснабжения, °С

Стоимость в долл. на 1 кВт расчетной тепловой мощности

Стадия производства

ФГУП "Рыбинский завод приборостроения"

АТНУ

10, 3, 12, 14

55

От 291 (АТНУ-10) до 321 (АТНУ-14)

По отдельным заказам

ЗАО ОКБ

"Карат" (Санкт-Петербург)

ТНУ-КР

5, 10, 18, 25, 30, 50, 60

55

От 1000(ТН-КР-5) до 300 (ТН-КР-6)

То же

ЗАО "Полад"

(Тольятти)

ТХУ, НКТ

8, 17, 6, 29, 5, 16, 40

60

Данные отсутствуют

-‘’-

ЗАО НПФ "Тритон-ЛТД" (Нижний Новгород)

НТПБ, НТВ

10, 20, 35, 60, 80, 150, 300, 500, 1000, 2200, 5000

58

От 420 (НТПБ-16) до 90 (НТК-500)

-‘’-

Московский завод "Компрессор"

НТ

370, 520

52

От 294 (НТ-280-4-9-08) до 346 (НТ-410-4-9-08)

-‘’-

ЗАО "Энергия" (Новосибирск)

НТ

110, 280, 300, 500, 1000, 3000

80

От 163,6

(НТ-110)

до 83,3

(НТ-300)

Серийное производство

Хотя в настоящее время в России нет государственной программы развития теплонасосного теплоснабжения, определенная работа в этом направлении все же ведется. В Минэнерго РФ разработан проект государственного стандарта "Нетрадиционная энергетика. Тепловые насосы для коммунально-бытового водоснабжения". По заказу Госстроя РФ разработаны "Методические рекомендации по применению ТН и методика  расчета технико-экономической эффективности их использования в ЖКХ" (разработчик – ФГУП"МНИИЭКО ТЭК", г. Пермь, научный руководитель – доктор техн. наук Д. Г. Закиров). Министерство науки и технологий РФ организовало тендер на создание ТНУ с использованием низкопотенциальных источников тепла единичной тепловой мощностью  до 20 МВт.

Разработкой и производством ТН в России в основном занимается ЗАО "Энергия" (Новосибирск) под руководством канд. техн. наук Ю. М. Петина. Оно серийно выпускает ТН мощностью от 0,1 до 5 МВт.

Наиболее массово  производятся машины НТ-300. Такие ТН установлены в школе г. Карасук Новосибирской области, здании ЦСУ г. Горноалтайска, на курорте "Горячинск" в Бурятии, в г. Елизово и пос. Термальном на Камчатке, в совхозе "Мирный" Алтайского края. НТ-500 эксплуатируется в научном центре "Институт экологии" г. Красноярска. Две машины НТ-1000 установлены в Новосибирской области, четыре тепловых насоса НТ-3000 – в Тюмени и Каунасе (Литва). В таблице по данным справочника приведены технические и стоимостные характеристики ТН российских производителей. По данным, стоимость российских ТН: составляет 90-ПО тыс. долл/МВт, что значительно ниже зарубежных. Так, в США стоимость поршневого ТН равна 279 тыс. долл/МВт, в Европе стоимость винтовых – 137-159 тыс. долл/МВт, турбокомпрессорных 1500 тыс. долл/МВт.

Проектированием систем теплоснабжения объектов с использованием ТН в Москве занимается коллектив ОАО "Инсоляр-Инвест" под руководством канд. техн. наук Г.П. Васильева. Тепловые насосы АТНУ-15 Рыбинского завода приборостроения установлены в системе теплоснабжения зданий "Экопарк-Фили" и жилого дома в микрорайоне "Никулино-2" в Москве, школы в д. Филиппово Люблинского района Ярославской области. 

Для столицы ими разработаны нормы проектирования теплонасосных систем теплоснабжения. Проектирование и строительство теплонасосных систем теплоснабжения с использованием теплоты шахтных вод и водопровода осуществляет коллектив ФГУП "МНИИЭКО ТЭК"  под руководством доктора техн. наук Д.Г. Закирова. Наибольшими темпами теплонасосное теплоснабжение развивается в Новосибирской области.

 Там реализуется областная  целевая программа установки ТН на объектах 30 населенных пунктов общей тепловой  мощностью 21 МВт.

С учетом изложенного можно сделать следующие выводы:

Мировой  опыт свидетельствует о перспективности масштабного применения ТН в теплоснабжении. Наибольшие успехи достигнуты в условиях государственной поддержки.

В России в настоящее время отсутствие большого спроса на ТН объясняется следующими причинами:

– низкой стоимостью топлива, тепловой и электрической энергии;

отсутствием государственной технической, экономической политики и нормативной базы в этой  области;

– недостаточной информацией и малым опытом практического применения;

– низкой надежностью, ограниченностью типоразмеров отечественных конструкций;

– высокой для отечественного рынка стоимостью зарубежных ТН.


Ветроэнергетика в России